Sensor-Case für die In-situ Messung im Gerbereiprozess

AUFGABENSTELLUNG

Im Rahmen des Forschungsprojektes soll eine Messkapsel entwickelt werden, die freischwimmend in einem gefüllten Gerbfass kontinuierlich pH-Wert und Temperatur der Prozessflüssigkeit erfasst, speichert und in Echtzeit an außerhalb des Fasses befindliche Transmitter überträgt. Mit dem Einsatz einer solchen Messkapsel kann sowohl in Gerbereiprozessen, aber auch bei der Aufbereitung von Kollagen für Medizinprodukte eine automatisierte In-situ-Messdatenerfassung realisiert werden, die bislang nicht umgesetzt ist. 

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Kernstück des Messsystems sind verfügbare Sensoren der Wasseranalytik inklusive Datenlogger und Datenübertragungseinheit, die in einem stabilen, schwimmfähigen Sensor Case so eingebettet werden, dass der Einsatz in einem rotierenden und voll gefüllten Gerbfass unter anspruchsvollen Prozessbedingungen stattfinden kann. Unter Berücksichtigung der verschiedensten prozess- und materialtechnischen, konstruktiven und anwenderspezifischen Anforderungen wird ein  Sensor Case entwickelt und im Technikumsmaßstab getestet. Wenn es gelingt, eine solche Messkapsel für den Gerbprozess zu entwickeln, der hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung, der hohen Verschmutzungsgrade und extremen pH-Wechsel in der Prozessflüssigkeit eine besondere Herausforderung darstellt, dann kann diese Messkapsel auch unter „milderen“ Reaktionsbedingungen in einer Vielzahl anderer Prozesse Anwendung finden. Die Untersuchungen werden beispielhaft für die Kapselung von pH- Sonden sowie Temperatursensoren durchgeführt. Im Erfolgsfall ist die Erweiterung um zusätzliche Sensoren zur Konzentrationsbestimmung von Prozesschemikalien vorstellbar. 
Für die Herstellung des Sensor Cases sollen additive Fertigungstechnologien zum Einsatz kommen. Mit Hilfe des 3D-Drucks können vielfältigste Materialien verarbeitet, schnelle Designwechsel realisiert und diverse Konstruktionen mit angemessenem zeitlichen Aufwand für Untersuchungen bereitgestellt werden. Die 3D-Drucktechnologien erlauben es, mit einem hohen Maß an Flexibilität materialtechnische Anpassungen vorzunehmen und diverse Gehäusestrukturen sowie veränderte Geometrien auch für verschiedene Sensortypen und messtechnische Aufgabenstellungen zu testen. Die Ergebnisse aus den Anwendungstests können zur Optimierung der Gehäusegestaltung direkt in Designänderungen überführt werden. 

NUTZEN | AUSBLICK

Mit der erfolgreichen Umsetzung des   In-situ-  und Echtzeitmonitorings für diskontinuierliche Batchprozesse im Technikumsmaßstab  wird die Basis für eine weitere Automatisierung in der Wasserwerkstatt von Gerbereien gelegt.